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  • 车载以太网用于连接汽车内不同电气设备的一种网络,从而满足车载环境中一些特殊需求,它与传统以太网不尽相同,车载以太网主要由MAC(介质访问控制)、PHY(物理接口收发器)组成,与传统以太网不同,车载以太网...
  • MAC地址由48位二进制组成,通常分为六段,用十六进制表示,工作在数据链路层。 第八位为0 对于目的地址,相当于单播通信 为1,对于目的地址,相当于组播通信 前三位:生产厂家 , 后三位:网卡序列号 例 08 - ...

                                                                以太网MAC地址

    MAC地址由48位二进制组成,通常分为六段,用十六进制表示,工作在数据链路层。

    数据链路层功能:链路的建立,维护与拆除

                                 帧包装,帧传输,帧同步

                                 帧的差错恢复

                                 简单的流量控制

     

    第八位为0 对于目的地址,相当于单播通信

    为1,对于目的地址,相当于组播通信

    前三位:生产厂家 , 后三位:网卡序列号

    例 08 - 00 - 5a - e3 - 93 - 62 前二十四位是供应商标识,后二十四位:供应商对网卡的唯一编号

     

     

     

     

    以太网帧格式:7部分

    目的地址和源地址为MAC地址,各占6字节 ,2字节类型:0800代表IP协议,0806代表ARP协议

     

    交换机的工作原理:5步骤

    初始状态:

     

    MAC地址学习

    广播未知数据帧:

    接收方回应:

    交换机实现单播通信:

     

    比如这是一台新的交换机,我们接上网络,接上电脑,这时候A要找B,这时A发出一个数据帧,里面有源MAC地址和目的MAC地址,交换机接收到数据帧,先将A的MAC地址进行记录和对应上自己的接口,学习到交换机的MAC地址表里,之后交换机会广播未知MAC地址,B接收到后进行回应,先经过交换机,交换机再学习记录B的MAC地址和对应的接口,再连接上A,这时交换机已经记住A和B的MAC地址与对应接口,之后A和B两机之间实现单播通信。

    交换机MAC地址表生命周期默认300s,达到生命周期后交换机将会MAC地址表进行老化,刷新。

     

    交换机以太网接口的工作模式

    单工 例:话筒 喇叭

    两个数据站之间只能沿单一方向传输数据

    半双工 例:对讲机

    两个数据站之间可用双向传输,但不能同时进行

    全双工 例:电话

    两个数据站之间可双向且同时进行数据传输 既收又发

     

    交换机以太网接口速率

    接口连接时进行协商

    协商失败则无法正常通信

     

    交换机基本命令

    用户视图模式<Huawei>切换至系统视图模式【Huawei】

    <Huawei>system-view

    1.历史命令查询

    【Huawei】display history-command

     

    2.配置主机名

    <Huawei>system-view

    【Huawei】sysname Router1

    3.状态信息查询

    <Huawei>display version            查看VRP版本

    <Huawei>display user                查看用户终端信息

    4.进入接口模式并查看信息

    <Huawei>sys

    【Huawei】int g0/0/0

    【Huawei-GigabitEthernet0/0/0】dis this               查看当前视图下的配置信息

    5.配置文件管理命令

    【Huawei】display saved-configuration                 查看设备保存的信息

    【Huawei】display current-configuration               查看设备当前配置的信息

    <Huawei>reset saved-configuration                       擦除存储设备中的配置文件

    <Huawei>compare configuration                            比较当前配置信息于存储设备中的保存文件是否一致

    6.关闭华为的信息提示中心

    【Huawei】undo info-center enable

    <Huawei>undo terminal monitor

    7.永不超时

    【Huawe】]user-interface console 0

    【Huawei-ui console0】idle-timeout 0 0

    8.配置双工及速率命令

    <Huawei>sys

    【Huawei】int g0/0/

    【SW1-Ethernet0/0/1】undo negotiation auto           关闭自动协商

    【SW1-Ethernet0/0/1】speed 100                            调至速率100m

    【SW1-Ethernet0/0/1】duplex full                             调至全双工模式, 解释:full:Full-Duplex(全双工模式)

    half:Half-Duplex(半双工模式)

    9.保存配置

    <Huawei>save

    10.设置远程登陆密码

    【Huawei】user-interface vty 0 4                  0是初始值,4是结束值.表示可同时打开5个绘画进入交换机去配置命令

    【Huawei-ui-vty0-4】authrntication-mode-password

    【Huawei-ui-vty0-4】set authentication password simple 222

    【Huawei-ui-vty0-4】user privilege level 3

    【Huawei-ui-vty0-4】dis this

    展开全文
  • 以太网网络终端设备是网络的重要组成部分,是网络与网外互访信息的协议界面和工作平台。嵌入式以太网网络终端设备采用嵌入式处理器技术,使用嵌入式操作系统,内嵌网络接口和网络通信协,可直接接入以太网。由于...
  • 1 概述  在工业发展过程中,环境保护已经变得... 为了适应污水处理中自动控制要求,我们选用具有高性能、高可靠性的IES-526系列冗余以太网交换机来组成冗余环网。  欢迎转载,信息来自维库电子市场网(www
  • 计算机网络知识点总结:以太网

    千次阅读 2019-11-02 15:34:10
    一,以太网的接口和线缆 1,不同以太网标准的技术要求:传输介质与作用距离 2,直连与交叉线的选择:不同种接口(指MDI和MDI-X)选直连,同种接口选交叉,现在能自适应,但旧设备要注意 以太网接口标识:e,f,g ...

    一,以太网的接口和线缆

    1,不同以太网标准的技术要求:传输介质与作用距离

    2,直连与交叉线的选择:不同种接口(指MDI和MDI-X)选直连,同种接口选交叉,现在能自适应,但旧设备要注意

    以太网接口标识:e,f,g

    S口是serial接口的意思,也叫高速异步串口,主要是连接广域网的V.35线缆用的,说白了就是路由器和路由器连接时候用的,可以用命令设置带宽,一般也就在10M、8M左右。

    F口是FastEthernet接口,叫快速以太网口,主要连接以太网(局域网)用的,说白了就是连接交换机或电脑用的,用普通的双绞线就可以连接,速率默认是100Mbps,可以用命令限速,但是不可能超过100Mbps。

    E口是Ethernet接口,叫以太网接口,也是主要连接以太网(局域网)用的,也是用普通的双绞线就可以连接,速率默认是10Mbps,现在新型的设备上已经把这个接口淘汰了。

    另外,路由器上还有一个必不可少的接口是Console口,叫控制口,这个接口是用来调试路由器的。

    另外有的路由器还有AUX接口,也是控制接口;

    G口,是千兆以太网接口,是连接以太网用的。

    3,(1)网络设备接口分MDI (Medium Dependent Interface,终端到网络连接设备 )和MDI_X(交叉,终端到终端)两种。

    (2)一般路由器的以太网接口、主机的网卡接口类型为MDI。交换机的接口类型可以为MDI或MDI_X。Hub(集线器)的接口类型为MDI_X。即:主机和路由器属于同种;交换机和Hub属于同种

    (3)双绞线可以分为直连网线和交叉网线,直连网线用于连接MDI和MDI_X,交叉网线用于连接MDI和MDI,或者MDI_X和MDI_X。即:     直连用于不同种;交叉用于同种

    2、以太网有哪几种介质?    

    包括同轴电缆、双绞线和光纤。

    以太网有哪几种速率?    

    10M、100M、1000M、10G。

    二,了解以太网端口的几项基本技术:

    自协商--以太网速率提高而如何与原10M以太网设备兼容的问题(利旧问题)--常引起ping通问题

    流量控制—处理与发送速率不对等—网络的可靠性

    端口聚合:提高带宽和可靠性—设备的可靠性  

    端口镜像:大流量数据的备份与监测—数据的可靠性

    1,(1)自协商功能允许一个网络设备将自己所支持的工作模式信息传递给网络上的对端,并接受对方可能传递过来的相应信息

    自协商功能完全由物理层芯片设计实现,简单地是通过上电后测试脉冲实现的因此并不使用专用数据报文或带来任何高层协议开销。

    注意:只对双绞线T而言,对光纤通信不支持自协商,需手动配置两端速率/工作模式,如果光纤两端的配置不同,是不能通信的。(实验时需注意,ping不通的原因之一)

    (2)以太网电接口有下面三种双工模式

    全双工:端口同时发送和接收数据包

    半双工:端口同一时刻只能发送数据包或接收数据包

    自协商:端口双工状态由本端口和对端端口自动协商而定    

    以太网光接口只能工作在全双工模式下

    2,流量控制—处理与发送速率不对等(一般是交换机所具有的技术)

    半双工—发送csma/cd协议的模拟(不是真正)冲突信号,从而使对方停下

    全双工—不使用csma/cd协议,所以采用发送专门的pause帧,并用组播地址01-80-C2-00-00-01进行发送

    3,(1)端口聚合:也称为端口捆绑、端口聚集或链路聚合。   端口聚合将多个接口聚合在一起形成1个汇聚组,以实现负载分担。从外面看起来,1个汇聚组好象就是1个接口 。多根链路合并为一根eth-trunk,提高流量负载分组和可靠性(同组成员彼此动态备份)

    (2)端口聚合的优点:

    第一,增加网络带宽。端口聚合可以将多个连接的接口捆绑成为一个逻辑端口,捆绑后的带宽是每个独立接口的带宽总和。当接口上的流量增加而成为限制网络性能的瓶颈时,采用支持该特性的交换机可以轻而易举地增加网络的带宽(例如,可以将2-4个100Mbit/s端口连接在一起组成一个200—400Mbit/s的连接)

    第二,提高网络连接的可靠性。当主干网络以很高的速率连接时,一旦出现网络连接故障,将会导致大量的数据丢失。高速服务器以及主干网络连接必须保证绝对的可靠。采用端口聚合技术可以保障网络连接的可靠性。例如,将一根电缆错误地拔下来不会导致链路中断。也就是说,组成端口聚合的某一接口连接失败,网络数据将自动重定向到那些正常工作的连接上。这个过程非常快,只需要更改一个访问地址就可以了。然后,交换机将数据转到其他端口,该特性可以保证网络无间断地工作。

    (3)端口聚合的限制条件

      端口聚合两端的物理参数必须保持一致 进行聚合的链路的数目 、进行聚合的链路的速率 、进行聚合的链路的双工方式  

      端口聚合两端的逻辑参数必须保持一致:同一个汇聚组中端口的基本配置必须保持一致,基本配置主要包括STP、QoS、VLAN、端口等相关配置

               STP配置一致,包括:端口的STP开启/关闭、与端口相连的链路属性(如点对点或非点对点)、STP优先级、路径开                 销、报文发送速率限制、是否环路保护、是否根保护、是否为边缘端口。

               QoS配置一致,包括:流量限速、优先级标记、缺省的802.1p优先级、带宽保证、拥塞避免、流重定向、流量统计等。

               VLAN配置一致,包括:接口上允许通过的VLAN、接口缺省VLAN ID。 接口配置一致,包括:接口的链路类型,如                     Trunk、Hybrid、Access属性。

    4,端口镜像:端口镜像一般应用于流量观测和故障定位中,它把特定的业务数据复制一份,传送到监控设备,然后进行镜像数据分析。 端口镜像可以分为基于端口的镜像和基于流的镜像两种。大流量,如视频流量拷贝到其他端口

    (1)基于端口的镜像是把被镜像端口的进出数据报文完全拷贝一份到镜像端口,进行流量观测或者故障定位

    (2)基于流的镜像只对满足条件的数据流进行镜像。这些流可能具有相同的目地地址,端口号等,可根据需求灵活定义。

    5,问题:

    (1)什么是自协商技术?  

    自协商技术是为了解决不同速率以太网设备之间的兼容性,协商内容包括端口的速度、双工模式等。

    (2)半双工流量控制和全双工流量控制有什么区别?    

    半双工流量控制使用反向压力(backpressure)方法,当网络拥塞时,交换机将插入“载波检测”或者强行制造一次冲突。    在全双工情况下,IEEE 802.3x规定了一种64字节的“PAUSE”MAC控制帧的格式。当端口发生阻塞时,交换机向信息源发送“PAUSE”帧,告诉信息源暂停一段时间再发送信息。

    (3)端口汇聚和端口镜像有什么作用?    

    端口汇聚可以提高链路带宽,实现流量负载分担,提高网络的可靠性; 端口镜像一般应用于流量观测和故障定位中,它把特定的业务数据复制一份,传送到监控设备,然后进行镜像数据分析。

    三,VLAN技术原理和配置

    可以先看这个:https://baijiahao.baidu.com/s?id=1628398215665219628&wfr=spider&for=pc

    1,VLAN产生的原因:传统的以太网交换机在转发数据时,采用源地址学习的方式,自动学习各个端口连接的主机的MAC地址,形成转发表,然后依据此表进行以太网帧的转发,整个转发的过程自动完成,所有端口都可以互访,维护人员无法控制端口之间的转发。 该网络存在如下缺陷:

    网络的安全性差。由于各个端口之间可以直接互访,增加了用户进行网络攻击的可能性。

    网络效率低。用户可能收到大量不需要的报文,这些报文同时消耗网络带宽资源和客户主机CPU资源,例如不必要的广播报文。

    业务扩展能力差。网络设备平等的对待每台主机的报文,无法实现有差别的服务,例如无法优先转发用于网络管理的以太网帧。

    2,VLAN技术的目标:VLAN(Virtual Local Area Networks)技术把用户划分成多个逻辑的网络(group),组内可以通信,组间不允许通信。二层转发的单播、组播、广播报文只能在组内转发,并且很容易地实现组成员的添加或删除。

    3,通过标签管理实现VLAN:在现有的交换网络环境中,以太网的帧有两种格式: 没有加上VLAN标记的标准以太网帧(untagged frame);有VLAN标记(VLANID)的以太网帧(tagged frame).支持VLAN技术的交换机,转发以太网帧时不再仅仅依据目的MAC地址,同时还要考虑该端口的VLAN配置情况,从而实现对二层转发的控制.

    4,确定标签中的VLAN ID取值:

    (1)基于端口:网络管理员给交换机的每个端口配置PVID,即Port VLAN ID,有些场合称为端口默认VLAN。如果收到的是untagged帧,则VLAN ID的取值为PVID。

    (2)基于MAC地址:网络管理员配置好MAC地址和VLAN ID的映射关系表,如果收到的是untagged帧,则依据该表添加VLAN ID。

    (3)基于协议:网络管理员配置好以太网帧中的协议域和VLAN ID的映射关系表,如果收到的是untagged帧,则依据该表添加VLAN ID。

    (4)基于子网:根据报文中的IP地址信息,确定添加的VLAN ID。

    (5)基于策略:安全性非常高,基于MAC地址+IP地址、MAC地址+IP地址+接口。成功划分VLAN后,可以达到禁止用户改变IP地址或MAC地址的目的。

    注意1:所有以太网帧在交换机内都是以tagged frame的形式流动的,即某端口从本交换机其他端口收到的帧一定是tagged的。 但端口从对端设备收到的帧,可能是untagged或者是tagged的,如果收到的是tagged frame,则进入转发过程,如果该端口收到的是untagged frame,则必须加上标签。 简单地说从交换机内部收到的帧不需要加标签处理;从对端收到的可能需要加标签

    注意2:设备同时支持多种方式时,一般情况下,优先使用顺序为:基于策略→基于MAC地址→基于子网→基于协议→基于端口。 基于端口划分VLAN的优先级最低,但是是最常用的VLAN划分方式。

    5,交换机端口类型

    引入VLAN功能后,交换机的接口被划分为三种类型Access接口、Trunk接口、Hybrid接口,及三种链路类型:access、trunk、hybrid。

    (1)access类型只属于一个VLAN,一般用于连接计算机端口。

    Access接口,用于连接主机,有如下特点:

     仅仅允许唯一的VLAN ID通过本接口,这个值与接口的PVID相同。

    如果该接口收到的对端设备发送的帧是untagged,交换机将强制加上该接口的PVID。

    Access接口发往对端设备的以太网帧永远是untagged frame。

    很多型号的交换机默认接口类型是access,PVID默认是1,VLAN 1由系统创建,不能被删除。

    (2)trunk类型可以允许多个vlan通过,可以接收和发送多个vlan的报文,一般用于交换机之间的端口。

    (3)hybrid类型可以允许多个vlan通过,可以接受和发送多个vlan的报文,可以用于交换机之间连接,也可以用于连接用户计算机。

    (3)Access端口的收发规则:不接收带标签的数据包,发出的数据包也是不带标签的

    Trunk端口的收发规则:接收带标签的数据包,发出的数据包也是带标签

    6,问题:1.交换机有哪几种端口类型?

    答:access、trunk、hybrid。

    2.Trunk端口发往对端设备的一定是tagged frame吗?

    答:大多数情况下是tagged frame,但是如果待转发帧的VLAN ID与PVID值相同,则移除标签后转发。

    四,VLAN路由

    具体还是看这个:https://baijiahao.baidu.com/s?id=1628398215665219628&wfr=spider&for=pc

    1,VLAN路由的原理:与真实的LAN类而不同,真实的只用路由器,VlAN的可以用三层交换机

     2,二层交换机和路由器在功能上的集成构成了三层交换机,三层交换机在功能上实现了VLAN的划分、VLAN内部的二层交换和VLAN间路由的功能。(这时相当于二层交换机+路由器=三层交换机,或者说是一个内置了路由软件的二层交换机)

    3,VLAN路由的目的是什么?

    答:VLAN的优点是可以隔离广播域,但这也引起另外一个问题,就是广播域之间如果需要通信的话,那怎么办呢?在这里就提出了VLAN路由的概念,目的就是为了实现不同VLAN间的相互通信

    4.实现VLAN间的通信有多少种方法?

    答:如果交换是普通的二层交换机的话,只能通过路由器配置单臂路由实现VLAN间的通信;但如果交换是三层交换机,可以通过配置三层VLAN接口实现VLAN间的通信。

     

    五,1,STP概述:

    (1)生成树产生的原因:透明网桥的自学习算法中的广播算法与冗余环路结合带来的广播风暴问题;同路由表类似的MAC表的不稳定收敛 (即环路引起的问题:广播风暴和MAC地址表不稳定)

    (2)生成树协议STP的作用:消除环路/提供备份

    (3)生成树协议STP的基本原理:以树形是连通的/无环路的最小子图

    (4)STP协议中的几个基本概念和选取方法:根桥/根端口/指定端口/替换备份端口;选取优先级+MAC地址较小者(与DR中的IP地址不一样)--多个交换机相连时并非所有端口都是活动的)

    2,生成树基本计算过程:STP协议中定义了根桥(Root Bridge)、根端口(Root Port)、指定端口(Designated Port)、路径开销(Path Cost)等概念。通过构造一棵树的方法达到裁剪冗余的环路的目的,同时实现链路备份和路径最优化。用于构造这棵树的算法称为生成树算法SPA(Spanning Tree Algorithm)。 为了计算生成树,交换机之间需要交换相关信息和参数,这些信息和参数被封装在配置BPDU(Configuration Bridge Protocol Data Unit)中,在交换机之间传递

    生成树形成概述:1. 从所有的网桥(交换机是多端口的网桥)中选择一个作为根网桥;

                               2. 计算从本网桥到根网桥的最短路径;

                               3. 对每一个共享网段,选择距根桥最近的网桥作为指定网桥,负责该网段的数据转发;

                               4. 对每一个网桥,选择一个根端口。从根端口给出的路径是从本网桥到根网桥的最短路径;

                               5.选择除根端口以外的指定端口。

    具体行为,自行百度

    3,STP存在的问题

    (1)临时环路问题

    解决临时环路的方法是:在一个端口从不转发状态进入转发状态之前,需要等待一个足够长的时间,以使需要进入不转发状态的端口有足够时间完成生成树计算,并进入不转发状态。

    (2)部分VLAN不能互通:

    解决方法:多生成树协议MSTP

    4,问题:

    生成树协议如何在网络中计算出一棵无环的树?

    在网络中选出一个根交换机,为每个非根交换机选择一个根端口,为每个网段选择一个指定端口,将既不是根端口也不是指定端口的端口设为阻塞状态。

    生成树协议如何解决临时环路问题?

    当一个端口从不转发状态转为转发状态之前,要经过两个Forward Delay间隔,以确保网络中其它交换机完成生成树计算。

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

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  • 计算机网络组成原理——基本概念

    千次阅读 2018-03-12 14:15:34
    网络:指“三网”:电信网络,有线电视网络,计算机网络(发展最快、核心,本书内容。是通信技术与计算机技术结合的产物,是一种特殊的通信网络)。(现阶段出现网络融合现象)通信系统模型 信源:发生或产生信息的...

    第一章概述

    1.网络:指“三网”:电信网络,有线电视网络,计算机网络(发展最快、核心,本书内容。是通信技术与计算机技术结合的产物,是一种特殊的通信网络)。(现阶段出现网络融合现象)

    通信系统模型 

            信源:发生或产生信息的地方

            信宿:信息要到达的地方

    2.电信网络:电话、电报、传真等服务

      有线电视网络:观看电视

      计算机网络:迅速传送数据文件,查找并获取各种有用资料,图像,视屏。(作用:连通性;共享)

            计算机网络就是互连(通信链路(信道))的,自治(无主从关系)的计算机集合。

    3.世界第一大网络:全球电话网   世界第二大网络:因特网(全球最大互联网)

    4.网络:由若干结点和连接这些结点的链路组成。(结点:计算机、集线器、交换机、路由器等)

                    

    5.互联网internet由路由器将网络互连起来。是网络的网络。

    6.因特网Internet世界上最大的互联网。常用一朵云来表示。1983年诞生,采用TCP/IP协议作为通信规则,前身是美国arpanet。为网络应用提供通信服务的通信基础设施,提供应用编程结构(通过互联网实现数据的发送和接收)

    7.因特网发展的三个阶段:第一阶段是从单个网络ARPANET向互联网发展的过程。

                   第二阶段的特点是建成了三级结构的因特网。(主干网、地区网和校园网(或企业网))

                   第三阶段的特点是逐渐形成了多层次 ISP  (Internet Service Provider因特网服务提供者)结构的因特网。

            第一层ISP:服务面积最大、拥有高速主干网

            第二层ISP:第一层的用户

            第三层ISP:本地ISP,校园网,企业网,拨号上网用户。

    8.主机hosts:习惯上将连接在因特网的计算机都叫主机。在因特网中又叫端系统end systems。运行各种网络应用。这些主机通过通信链路(光纤,铜缆,无线电,卫星)连接在一起。但不是通过通信链路直接联系,而是使用分组交换(路由器routers,交换机switches)转发分组(数据包)

    9.路由器:一种特殊的计算机,用于连接不同网络。网络核心部分最重要的功能,用于实现分组交换的关键构件。

    10.基本联系:网络把许多计算机连接在一起,互联网则把许多网络连接在一起,因特网是世界上最大的互联网。

    11.因特网的标准化工作(RFC):

    硬件(道路)是计算机网络的基础,计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的规则(交通规则) 

    网络协议(network protocol),简称协议。规定了通信实体之间所交换的信息的格式,意义,顺序以及针对收到信息或发生的事件所采取的“动作”。不同的协议,以上四点均是不同的。  

    网络协议的三要素:语法Syntax(格式);语义Semantics(控制信息,及控制信息含义);时序Timing(事件顺序,速度匹配)

    TCP;IP;Skype;HTTP;e.g.;。。。。

    想了解协议,找IEFC文档看

    12.工作方式上看因特网:边缘部分——资源子网:主机组成,由用户直接使用,用来通信和资源共享(共享性)

                                            核心部分——通信子网:大量网络、连接网络的路由器组成,为边缘部分提供服务的(连通性和交换)

    13.端系统:边缘部分上的主机。可以使大型计算机、普通个人电脑、拥有者可以是个人,单位,ISP

    14.边缘部分与核心部分的联系:边缘部分利用核心部分所提供的服务,使众多主机之间能够互相通信并交换、共享信息。

    15.主机 A 和主机进行通信”,即“主机的某个进程和主机上的另一个进程进行通信”。或简称为“计算机之间通信

    16.边缘部分的端系统中运行程序之间的通讯方式:客户-服务器方式(C/S 方式) Client/Server方式

    对等方式P2P 方式) Peer-to-Peer方式 

    17.C/S方式:最常用;传统的方式。看邮件;查资料。描述进程之间服务和被服务的关系。客户是服务请求方,服务器是服务提供方。服务请求方和服务提供方都要使用网络核心部分所提供的服务。

                客户程序:必须知道服务器程序的地址;不需要特殊的硬件和复杂的操作系统。

    服务器程序:专门提供某种服务的程序,可同时处理多了远地或本地客户的请求;不需要知客户程序的地址;需要强大的硬件和高级的操作系统支持。

    建立通讯后,通讯是双向的

    客户、服务器:指计算机进程

    用户:使用计算机的人。

    18.P2P方式(又名P2P文件共享):两台主机在通信时并不区分哪个是服务请求方还是服务提供方。只要两个主机都运行了对等连接软件(P2P软件),它们就可以进行平等的、对等连接通信。本质仍是客户-服务器方式。

    19.核心部分:最复杂的部分。其特殊作用的是路由器(路由器是实现分组交换(packet switching)的关键构件,其任务是转发收到的分组,这是网络核心部分最重要的功能。)

    从通信资源的分配角度来看,“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。

    电路交换:建立连接(占用通信资源)——通话(一直占用通信资源)——释放连接(归还通信资源)电路交换传送计算机数据效率低:计算机数据具有突发性。这导致通信线路的利用率很低。

    报文交换:电报通讯采用存储转发原理。

    分组交换:存储转发技术。

    报文:要发送的整块数据

    分组(包):将报文划分成更小的等长数据段,加上控制信息组成的首部(包头)。

    • 因特网的核心部分是由许多网络和把它们互连起来的路由器组成,而主机处在因特网的边缘部分
    • 在因特网核心部分的路由器之间一般都用高速链路相连接,而在网络边缘的主机接入到核心部分则通常以相对较低速率的链路相连接。
    • 主机的用途是为用户进行信息处理的,并且可以和其他主机通过网络交换信息。

    路由器的用途则是用来转发分组的,即进行分组交换的。

    20.路由器处理分组的过程是:把收到的分组(短分组)先放入缓存(暂时存储(内存));

    查找转发表,找出到某个目的地址应从哪个端口转发;

    把分组送到适当的端口转发出去

    21.分组交换优缺点:优点:高效    动态分配传输带宽,对通信链路是逐段占用。

    灵活    以分组为传送单位和查找路由。

    迅速    不必先建立连接就能向其他主机发送分组。

    可靠    保证可靠性的网络协议;分布式的路由选择协议使网络有很好的生存性。  

    缺点:分组在各结点存储转发时需要排队,这就会造成一定的时延。

    由于不像电路交换那样建立连接来保证通信时所需的各种资源,因此无法保证端到端所需的宽带。

    分组必须携带的首部(里面有必不可少的控制信息)也造成了一定的开销。

     

    22.最早建设专用计算机广域网的是1980年铁道部。

    23.局域网优点:价格便宜;所有权、使用权属于本单位;便与开发,管理和维护;促进了管理现代化与办公自动化。

    24.第一个万维网服务器:1994.05中科院高能物理研究所设立。

    25.1994.4.2064kbit/s专线正式连入因特网。

    26.


    (1) 中国公用计算机互联网CHINANET

    (2) 中国教育和科研计算机网CERNET

    (3) 中国科学技术网CSTNET

    (4) 中国联通互联网UNINET

    (5) 中国网通公用互联网CNCNET

    (6) 中国国际经济贸易互联网CIETNET

    (7) 中国移动互联网CMNET

    (8) 中国长城互联网CGWNET(建设中)

    (9) 中国卫星集团互联网CSNET(建设中)

    (10)中国高速互联研究试验网NSFNET

    CNNIC每年公布我国因特网的发展情况。


    27.计算机网络的分类:从网络的作用范围进行分类:广域网(远程网)WAN (Wide Area Network)核心。跨越不同国家,高速链路,较大的通信容量。

    城域网MAN (Metropolitan Area Network)作用范围是城市,5~50km

    局域网LAN (Local Area Network) 。高速通信线路相连,1km左右,有时叫校园网、企业网。

    个人区域网PAN (Personal Area Network) ---- Wireless PAN 。把属于个人使用的电子设备用无线技术连接起来的网络,又名个任务线区域网,范围10m左右。

    从网络的使用者进行分类:公用网(public network) 。电信公司出资建造的大型网络。

    专用网(private network) 。某个部门为本单位的特殊业务工作的需要而建造的网络

    公用网与专用网都可以传送多种业务,若传送计算机数据则分别为公用计算机网络、专用计算机网络

    28.计算机主要性能指标速率(数据率、比特率):数据的传送速率。单位:比特每秒(bit/s)。

    带宽:本来是指信号具有的频带宽度,单位是赫(或千赫、兆赫、吉赫等)。计算机网络中表示网络的通信线路所能传送数据的能力,单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”;单位:比特每秒。

    吞吐量:单位时间内通过某个网络的数据量;(可用于网络测试)实际上通过网络的数据量;受网络的带宽或网络的额定速率的限制如100M  ---- 70M还可用bps字节/秒,/秒来表示。

    时延(延迟,迟延):数据从网络的一端传送到另一端所需要的时间。

     发送时延(机器内部的发送器上):主机或路由器发送数据帧所需要的时间;从发送数据帧的第一个比特起,到该帧最后一个比特发送完毕所需要的时间。

                      传播时延(机器外部的传输信道媒体上):电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。

    电磁波的传播速率:自由空间   3X105km/s

    铜线缆   2.3X105km/s

    光纤    2.0X105km/s

                      处理时延:交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。如分析分组的首部、提取数据部分、进行差错校验、查找路由等

              排队时延:处理时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。

                     总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延

    对于高速网络链路,我们提高的仅仅是数据的发送速率而不是比特在链路上的传播速率。

     

    利用率:信道利用率:某信道有百分之几的时间是被利用的。

            网络利用率:全网络的信道利用率的加权平均值。

            利用率过高会产生非常大的时延。

    29.相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行,而这种协调是相当复杂的。分层可将庞大而复杂的问题,转化为若干较小的局部问题,而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。

    30.OSI(开放系统互连参考模型)失败原因:OSI 的专家们在完成OSI 标准时没有商业驱动力;

    OSI 的协议实现起来过分复杂,且运行效率很低;

    OSI 标准的制定周期太长,因而使得按OSI 标准生产的设备无法及时进入市场;

    OSI 的层次划分并也不太合理,有些功能在多个层次中重复出现。 

    31.法律上的国际标准OSI 并没有得到市场的认可。是非国际标准TCP/IP 现在获得了最广泛的应用。TCP/IP 常被称为事实上的国际标准。

    32.网络协议:为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定即网络协议(network protocol),简称为协议。  自己在自己的PC上进行文件的读写时不需要任何网络协议

    33.协议的两种形式:便于人阅读的文字形式;让计算机理解的程序代码。

    34.网络分层的好处:各层之间是独立的。灵活性好。结构上可分割开。易于实现和维护。能促进标准化工作。 

    35.各层需要实现的功能:差错控制:使得和网络对等端的相应层次的通信更加可靠。

    流量控制:使得发送端的发送速率不要太快,使接收端来得及接收

    分段和重装:

     复用和分用

     连接建立和释放

    36.体系结构:计算机网络的各层及其协议的集合。

    37.实现(implementation)遵循这种体系结构的前提下用何种硬件或软件完成这些功能的问题。

    体系结构是抽象的,而实现则是具体的,是真正在运行的计算机硬件和软件。

    38.体系结构基本示意图

    39.应用层:通过应用进程间的交互来完成特定网络应用,其协议是应用用进程间通信和交互的规则。

    40.运输层:两台车主机中进程之间提供通用的数据传输服务。(通用:并不针对某个特定网络应用)

    由于一台主机可同时运行多个进程,因此运输层有复用和分用的功能。实现端到端的数据传输、差错控制和流量控制,连接控制等。 

    复用:多个应用层进程可同时使用运输层服务。

    分用:运输层把收到的信息分别交付上面应用层中相应的进程。

    运输层协议:传输控制协议(TCP):提供面向连接的可靠的数据传输服务,单位是报文段。

                         用户数据报协议(UDP):提供无连接的,尽最大努力的数据传输服务,单位是用户数据报。

    41.网络层:为分组交换网上的不同主机之间提供通信服务。把运输层产生的用户数据报封装成分组或包进行传送。使用IP

    网络层协议:无连接的网际协议ip,和许多路由选择协议

    42.数据链路层:将网际层交下来的IP数据报组装成帧,在相邻两个节点间的链路上传送帧。

    功能:确定目的节点的物理地址,实现接收方和发送方数据帧的时钟同步;

    将不可靠的物理链路改造成对网络层来说无差错的数据链路;

    协调收发双方的数据传输速率,进行流量控制。  

    43.物理层:传送数据,单位比特。考虑传输介质;传输过程比特没有变化。

    44.协议数据单元PDUOSI参考模型把对等层次之间传送的数据单位称为该层的协议数据单元(protocol data unit 

    45.实体:任何发送或接受信息的硬件或软件的进程;就是一个特定的软件模块。

    46.协议:控制两个对等实体(或多个实体)进行通信则的集合。(保证能够向上一层提供服务)

    47.服务:下层向上层提供服务;上层使用下层提供的服务

    48.透明:某一个实际存在的实体看起来却好像不存在

    49. 使用本层服务的实体只能看见服务而无法看见下面的协议,下面的协议对上面的实体是透明的。

    50.协议是“水平的”:协议控制对等实体之间的通信规则;服务是“垂直的”:服务是由下层向上层通过该层间接口提供的。

    51.协议必须把所有不利的条件事先都估计到,而不能假定一切都是正常的和非常理想的。看一个计算机网络协议是否正确,不能光看在正常情况下是否正确,而且还必须非常仔细地检查这个协议能否应付各种异常情况。

    52.TCP/IP协议可以为各式各样的应用提供服务,也允许IP协议在各式各样的网络构成的互联网上运行。

    第三章数据链路层

    1点对点信道:一对一点对点通讯方式——PPP协议

    广播信道:一对多广播通讯方式。

    点对点链路(point-to-point link):单个接收方与单个发送方(PPPHDLC)

    广播链路(broadcast link):让多个发送方和接收节点都连接到相同的、单一的、共享的广播信道上。(以太网和无线LAN)

    2链路(link:从一个节点到相邻节点的一段物理线路,而中间没有任何其他的交换节点。链路只是一条路径的组成部分。

    数据链路data link):由物理线路和通讯协议构成,也就是将实现协议的硬件和软件加到链路上。是一天逻辑链路。例如网络适配器。

    3.早期通讯协议叫做规程

    4:点对点信道的数据链路层的协议数据单元

    5数据报IP数据报、分组、包):网络层协议数据单元

    MTU:最大传送单元。每一种链路层协议都规定了帧的数据部分长度的上限。

    6数据链路层的三个基本问题:封装成帧、透明传输、差错检测。

    1封装成帧SOTstart of header)帧的首部00000001(帧定界控制字符)

                    EOT:end of transmission)帧的尾部00000100(帧定界控制字符)

                    IP数据报(帧的数据部分)

     

    2透明传输:键盘输入文本时可以避免出现与帧定界控制字符一样的数据,叫做透明传输。(缺点:非                ASC11码文本文件遇到与控制字符一样时会出错)。

    解决办法:字节填充,加入转义字符“ESC”。(其十六进制编码是 1B)。发送端的数据链路在数据中出现控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一个转义字符“ESC”。字节填充(byte stuffing)或字符填充(character stuffing)——接收端的数据链路层在将数据送往网络层之前删除插入的转义字符。如果转义字符也出现数据当中,那么应在转义字符前面插入一个转义字符。当接收端收到连续的两个转义字符时,就删除其中前面的。

    3差错检测:传输差错分为两种:比特差错:比特在传输过程中产生差错,0110;和帧丢失/重复。

                    误码率 BER (Bit Error Rate):在一段时间内,传输错误的比特占所传输比特总数的比率。(与信噪有关,信噪比越大误码率越小)

                    为了减小差错使用循环冗余检验CRC:在位数为K位的数之后加上冗余码得到的 (k + 位的数,除以事先选定好的长度为 (n + 1) 位的除数 P,得出商是 而余数是 R,余数 比除数 位(n 位)。余数R又叫做冗余码,也是帧检验序列FCSFrame Check Sequence)。 

                        (1) 若得出的余数 R = 0,则判定这个帧没有差错,就接受(accept)

                         (2) 若余数 R 不等于0,则判定这个帧有差错,就丢弃。

    仅用循环冗余检验 CRC 差错检测技术只能做到无差错接受(accept)


    无差错接受:是指:“凡是接受的帧(即不包括丢弃的帧),我们都能以非常接近于 1 的概率认为这些帧在传输过程中没有产生差错”。也就是说:“凡是接收端数据链路层接受的帧都没有传输差错”(有差错的帧就丢弃而不接受)

     

    7可靠传输:数据链路层的发送端发送什么就是收到什么。使用停止等待协议(没发送一帧就停止发送,等待对方确认,收到确认后再发下一帧)使用上述的确认和重传机制,我们就可以在不可靠的传输网络上实现可靠的通信。

    超时重传:只要超过了一段时间还没有收到确认,就认为已发送的帧出错或丢失了,因而重传已发送过的帧

               注意:保留已发送副本——发生超时重传时使用

                    编号——用于确认,只用0/1编号,简单,只有一位不占缓存

                   超时计时器的重传时间应当比数据在分组传输的平均往返时间更长一些。

    AQR(Automatic Repeat reQuest):重传的请求是自动进行的。接收方不需要请求发送方重传某个出错的分组 。

    8.停止等待协议缺点:信道利用率低。

    因此,应当根据链路的具体情况来决定是否需要让链路层向上提供可靠传输服务。

    链路误码率非常低时——数据链路层可不实现可靠传输——由上层协议(例如,运输层的TCP协议)

    在使用无线信道传输数据时——信道质量较差——数据链路层需要实现可靠传输(例如使用停止等待协议)

    9PPP协议:用户计算机和ISP进行通信时所使用的数据链路层协议(现在是因特网的正式标准)

    10PPP协议的特点:简单——这是首要的要求。接到一个帧就进行crc检验,其他什么也不做,向上不提供可靠传输服务

                             封装成帧

                             透明性

                             多种网络层协议——同一条物理链路上同时支持多种网络层协议

                            多种类型链路——能在多种链路上运行

                            差错检测——但不纠错

                            检测连接状态

                            最大传送单元—— MTU

                            网络层地址协商

    11PPP协议的组成部分一个将 IP 数据报封装到串行链路的方法。

                   链路控制协议 LCP (Link Control Protocol)——用来建立、配置和测试数据链路链接

                   网络控制协议 NCP (Network Control Protocol)——支持不同的网络层协议  

    12PPP协议帧格式

    13.异步传输时为避免信息字段中出现与标识字段一样的比特组合时采用字节填充的方法。

    同步传输时采用零比特填充实现透明传输。

    14.字节填充:(转义符定义为0X7E

    将信息字段中出现的每一个0x7E字节转变成为2字节序列(0x7D, 0x5E)

    若信息字段中出现一个0x7D的字节,则将其转变成为2字节序列(0x7D, 0x5D)

    若信息字段中出现ASCII码的控制字符(即数值小于0x20的字符),则在该字符前面要加入一个0x7D字节,同时将该字符的编码加以改变。

    15零比特填充:发送端,只要发现有5个连续1,则立即填入一个0。接收端对帧中的比特流进行扫描。每当发现5个连续1时,就把这5个连续1后的一个0删除。

    16.PPP协议工作状态:

    1)当用户拨号接入ISP时,路由器的调制解调器对拨号做出确认,并建立一条物理连接。

    2PC机向路由器发送一系列的LCP分组(封装成多个 PPP 帧)。

    3)这些分组及其响应选择一些PPP参数,和进行网络层配置,NCP给新接入的PC机分配一个临时的IP地址,使PC机成为因特网上的一个主机。

    4)通信完毕时,NCP释放网络层连接,收回原来分配出去的IP地址。接着,LCP释放数据链路层连接。最后释放的是物理层的连接.17.局域网最主要的特点是:网络为一个单位所拥有,且地理范围和站点数目均有限。

    18.局域网具有如下的一些主要优点:

    1)具有广播功能,从一个站点可很方便地访问全网。局域网上的主机可共享连接在局域网上的各种硬件和软件资源。

    2)便于系统的扩展和逐渐地演变,各设备的位置可灵活调整和改变。

    3)提高了系统的可靠性、可用性和残存性。

    局域网(数据链路层、物理层)按网络拓扑(设备在几何上的相对位置)分类:星形网;环形网;总线网(传统以太网);树形网。


    19.环形网:(干线耦合器)

    优点:每个节点是个“中继器”,防止信号衰减

        传输方向单一,信号不会发生冲突(令牌Token

        双环、备援电路——线路故障

    缺点:节点故障导致全网瘫痪,可靠性较差

        网络管理复杂,成本较高,维护困难

    新增网络节点时——扩展性、灵活性较差

     

    20.总线型(匹配电阻)

    优点:成本低,布线简单

        增、删节点容易

        任一节点故障,不会影响整个网络的运行

       可靠性高

    缺点:每一 时刻,只能通过一信息——信道争用

        某网段故障

        新增节点,造成全网瘫痪


    21.多路访问协议:如何协调多个发送和接收节点对一个共享广播信道的访问?(类比:教室)

    22.多路访问--媒体共享技术:静态划分信道(代价高,不适合局域网):频分复用

    时分复用

    波分复用

    码分复用 

    动态媒体接入控制(多点接入):随机接入(会产生碰撞,PC,以太网 )                                                          时隙ALOHA

    ALOHA

    CSMA

                                                                                                             受控接入:轮询协议

    令牌传递协议

    23.以太网的两个标准:DIX Ethernet V2。;IEEE  802.3 标准。

    DIX Ethernet V2 标准与 IEEE  802.3 标准只有很小的差别,因此可以将 802.3 局域网简称为“以太网

    严格说来,“以太网”应当是指符合 DIX Ethernet V2 标准的局域网

    24.链路层在何处实现:硬件—网络接口卡(Network Interface Card, NIC)----链路层控制器

                      软件—成帧、处理差错,激活控制器  

    25.适配器:是在主机箱内插入的网络接口板,又称为通信适配器(adapter)或网络接口卡 NIC (Network Interface Card),或“网卡”。用于计算机与外界局域网的通信。

    26.适配器与局域网之间的通信是通过双绞线以串行传输方式进行

    适配器与计算机之间的通信是通过计算机主板上的I/O总线以并行传输方式进行

    27.适配器的重要功能:进行串行/并行转换。

                   对数据进行缓存。

                   在计算机的操作系统安装设备驱动程序。

                   实现以太网协议。

    28.为了在总线上实现一对一的通信,可以使每一台计算机的适配器拥有一个以其他适配器都不同的地址。P69

    29.为使通讯简单,以太网的两种措施:(1)采用较为灵活的无连接的工作方式,即不必先建立连接就可以直接发送数据。以太网对发送的数据帧不进行编号,也不要求对方发回确认。

                           (2) 以太网发送的数据都使用曼彻斯特编码同一时间只允许一台计算机发送信息

    30.以太网提供的服务是不可靠的交付,即尽最大努力的交付。

    31.以太网使用的协调方法:(载波监听多点接入/碰撞检测  CSMA/CD协议

    32.CSMA/CD协议“多点接入”表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。

               “载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在

    发送数据,如果有,则暂时不要发送数据,以免发生碰撞。 

               “碰撞检测就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。(当几个站同时在

    总线上发送数据时,总线上的信号电压摆动值将会增大(互相叠加)。

                        当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时,就认为总线上

    至少有两个站同时在发送数据,表明产生了碰撞。 所谓“碰撞”就是发生了冲突。因此“碰撞检测”也称为“冲突检测”。)

    33.集线器(hub)以太网采用星形拓扑,在星形的中心则增加了一种可靠性非常高的设备,叫做集线器

    34.10BASE-T 双绞线以太网的出现,是局域网发展史上的一个非常重要的里程碑,它为以太网在局域网中的统治地位奠定了牢固的基础。

    35.集线器特点:集线器是使用电子器件来模拟实际电缆线的工作,因此整个系统仍然像一个传统的以太网那样运行。

    使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网,各工作站使用的还是 CSMA/CD 协议,并共享逻辑上的总线。

    集线器很像一个多接口的转发器,工作在物理层。

    36.在局域网中,硬件地址又称为物理地址,或 MAC 地址。

    37.“发往本站的帧”包括以下三种帧:单播(unicast)帧(一对一)

    广播(broadcast)帧(一对全体)

    多播(multicast)帧(一对多)

    38.常用的以太网MAC帧格式有两种标准 :DIX Ethernet V2 标准;IEEE  802.3 标准(最常用的 MAC 帧是以太网 V2 的格式。)

    用集线器扩展以太网:优点:使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信。

    扩大了局域网覆盖的地理范围。

    缺点:碰撞域增大了,但总的吞吐量并未提高。

    如果不同的碰撞域使用不同的数据率,那么就不能用集线器将它们互连起来。  

    网桥带来的好处:过滤通信量。

    扩大了物理范围。

    提高了可靠性。

    可互连不同物理层、不同 MAC 子层和不同速率(如10 Mb/s 和 100 Mb/s 以太网)的局域网

    网桥带来的缺点存储转发增加了时延。

    MAC 子层并没有流量控制功能。

    具有不同 MAC 子层的网段桥接在一起时时延更大。

    网桥只适合于用户数不太多(不超过几百个)和通信量不太大的局域网,否则有时还会因传播过多的广播信息而产生网络拥塞。这就是所谓的广播风暴。 

    网桥与集线器的不同:集线器在转发帧时,不对传输媒体进行检测。

    网桥在转发帧之前必须执行 CSMA/CD 算法。若在发送过程中出现碰撞,就必须停止发送和进行退避。

     

     

     
    第四章网络层
    第五章运输层
    第六章应用层
    第七章网络安全

     


     


     

    展开全文
  •  近些年来,以太网通信速率的提高及交换式以太网技术的出现,使得以太网的通信性能大为改善,原来阻碍以太网进入工业控制领域的不确定性等问题基本得到解决,以太网开始从不同的途径进入到工业自动化和过程检测等...
  • 搞清楚网络基本概念 :要会计算几个重要的性能参数。 1.1. 什么是计算机网络? 计算机网络是互联的通用计算机的集合。 1.2. 构成 网络 = {节点,链路} = {V,L} 节点(Node): 端节点:自身拥有计算机资源的源宿...

    1. Ch1-1 计算机网络体系结构

    搞清楚网络的基本概念 :要会计算几个重要的性能参数。

    1.1. 什么是计算机网络?

    计算机网络是互联的通用计算机的集合。

    1.2. 构成

    网络 = {节点,链路} = {V,L}

    节点(Node):
    端节点:自身拥有计算机资源的源宿用户设备
    转接节点:支持网络连通并在网络中对数据起交换和转接的节点,如 交换机/路由器/集线器

    链路(Link):
    物理链路:在物理层连接两个节点的物理介质,如电话线、同轴电缆、光纤、无线电波

    逻辑链路:
    在两点间通过通信协议的作用建立起来的数据联结通路

    通路(Path):
    从源点到宿点所经过的一串节点和链路的有序集。或端到端的通路

    协议(Protocol)
    多个进程为完成一个任务而共同遵守的动作序列规范
    三要素:语法、语义、规则(同步时序)

    网络云:
    区分通信子网交换交换结点(云内)和资源主机结点(云外)的分界线,可表示任何网络(单、多、交换等)

    1.3. 网络性能测量与评价

    性能测量的两个参数:带宽和延迟

    1.3.1. 带宽(Bandwidth): Hz,KHz,MHz,GHz,bps

    信号带宽:构成一信号的各种不同频率成分所占据的频率范围。如人类声音带宽为:3300Hz-300=声音带宽3000Hz

    媒体带宽:通信媒体允许通过的信号频带范围

    比特率:某时段内网络上可能传输的比特数,或传输每比特数据所需的时间宽度。习惯把“带宽”作为数字信道的数据率或比特率
    比特率越高,高频分量越多,频率范围越大,信号带宽越高。

    吞吐率(Throughput):bps
    数字信号的发送速率,因此发送带宽也成为吞吐率,由于各种影响 10M 带宽实际完成 2Mbps
    吞吐率:链路上实际每秒传输的比特数

    1.3.2. 延迟

    定义:延迟 = 处理+排队+传输+传播,主要考虑后两个
    处理时延:检查包首部、决定导向何处;比特差错检测,高速Router一般在微秒或更低数量级,接收完整的一个分组的时间=包容量/链路速率
    排队时延:等待输出链路空闲,与当时流量和排队规则有关
    传输时延:数据量/带宽;微秒到毫秒级
    传播时延:距离/光速(光缆中1000km传播延迟约5ms) 广域网在毫秒级

    Delay : 把一个报文从网络一端传输到另一端所需的时间one way,光传播
    速度:
    3.0x10^8m/s ;光在真空内传播的速率
    2.8x10^8m/s ;电在Cable内传播的速率
    2.0x10^8m/s ;光在Fiber内传播的速率

    Round Trip Time (RTT):发收来回时间(2次时延)

    传输/传播的比较
    传输时延是路由器把分组发送出去所需时间,由数据量和链路实际带宽
    决定,与两个路由器间距离无关,
    传播时延是一个比特从发送路由器到接收路由器传播所需的时间,是距
    离的函数,ms级

    1.3.3. 延迟带宽积(以太网相关参数)

    一对进程通道间的延迟(总体延迟)带宽积:信道管道的体积=链路上所容纳的比特数
    一个信道延迟=50ms ,带宽45Mbps, 则能容纳=50ms* 45Mbps=5010^-3 sec45Mbits/sec =2.25Mbits
    等价于信道上同时可以存在281K个Byte信号(2.25M/8)

    1.4. 评价参数

    加性参数
    时延、抖动、路径长度、路由代价…
    满足可加性:通道特性由沿途各段链路相加决定
    乘性参数
    可靠性、丢包率
    满足可乘性:度量为各链路或设备的乘积…
    极性参数(最短木板原理)
    带宽、剩余能量、生存时间、吞吐量…
    满足极值要求(凹性或凸性),由通道或设备的瓶颈属性(极
    值)决定

    1.5. 传输可靠性

    什么是传输可靠性
    数据最小颗粒能正确到达
    数据不同分片能有序到达(当采用分组交换时)

    计算机网络并不是一个完备的世界
    机器坏/光纤断/电接口受干扰/交换缓存溢出

    网络设计者要考虑三种类型的故障
    1)链路上的单比特错,突发连续比特错。
    铜缆:10^6—— 10^7
    光缆:10^12— 10^14
    2)包错:一个包在网络上丢失
    包中包含有不可纠正的比特错
    中继接点因故(缓冲满,TTL)丢掉
    输出链路故障等
    3)结点和链路级故障
    物理链路断
    相连计算机崩溃
    电源断电
    操作失误

    1.6. Internet管理

    IETF是各种工作组提出RFC,是互联网工程师主要活动组织

    ISOC是非盈利组织,为IETF、IAB、IESG、IRTF提供经济和法律支持,但不负责具体事务,董事会选举IAB和IESG

    IAB负责长期规划和对IESG投诉处理

    IESG负责管理IETF,分为各个领域总监

    1.6.1. 参数计算常见习题

    端到端吞吐率 = 实际传输大小/传输时间
    实际传输时间 = RTT+ 传输大小/信道带宽
    RTT:请求与回答时间

    问题1 :信道带宽1Gbps,一端到另一端传播时延τ= 10ms,TCP发送窗口65535字节。问可能达到的最大吞吐率T ?信道利用率ρ?

    解析:

    T= size/(2τ+size/BW)
         = size*BW/(2τ*BW+size) bps
         = 65535*8*10^9/(20*10^9*10^-3s+65535*8)bps
         = 524280*10^3/(20 *10^6 +524280)Mbps
         = 25.5 Mbps,
    ρ=25.5M/1000M=2.55%
    

    问题2:一局域网最大距离为2KM,对于100Byte的数据包,在带宽为多少时,传播时延等于传输时延?512Byte的数据包呢?(光速为3*10^8 M/S)

        解:τ =d/v = 2000m/3*10^8m/s
            t=size/BW
            BW = v*size/d
    

    2. 直连网络-最简单的网络

    1. 调制、编码、成帧 :几种编码方案以及它们的优缺点,成帧需要的技术
    2. 信道共享技术
    3. 差错控制技术

    2.1. 直连网络-Links

    香农定理决定了一个链路传输能力上限
    这个传输能力C用bps为单位,跟链路上信号的信噪比相关(S/N,decibels or dB)

        C = B*log2 (1+S/N)
    

    标准音频电话线支持的典型频率范围为300~3300Hz,信道带宽是3kHz。
    其中C是可达的信道容量,单位为bps,B是用Hz表示的信道带宽(3300Hz-300Hz=3000Hz),S是信号的平均功率,N是噪声的平均功率。信噪比(S/N,或SNR)通常用dB表示,计算公式如下:
    SNR = 10 * log10 (S/N)
    假设我们有一个典型的信噪比为30dB,这表示S/N=1000。因此我们有
    C = 3000 * log2 (1001)

    2.2. 编码技术

    信号调制:修改信号的幅度、频率和相位及其组合形式来标示和携带数据信息的过程

    调制的一个原因:
    我们知道链路上信噪比的重要性,影响信号的噪声在不同频率上的强度并非完全一样。
    如果能把原始信号移动到噪声频率谱上噪声强度最低的频率上去,就可以避开本底噪声很高的区域,和其他没有被彻底屏蔽掉的干扰信号。
    信号调制时,需要选择一个「载波」——这个载波就可以选择系统噪声强度最低区域的频率。

    信号的物理层处理
    模拟→模拟;(调制)
    模拟→数字;(编码)
    数字→数字;(编码)
    数字→模拟。(调制)

    2.3. 编码方案(NRZ、NRZI、曼彻斯特、4B/5B)

    NRZ:这是一种不归零的编码方案,将数值1映射为高电平,数值0映射为低电平。这种方案存在的问题1是连续的1或0易导致基线漂移,即接收方保持它所接收的信号平均值用来区分高低电平受到干扰。问题2是编解码需要双方的时钟同步,这依赖于信号内有许多跳变,只有信号跳变才能进行时钟同步。

    NRZI:不归零反转,跳变表示1,将不变表示0。这样就解决了连续1的问题,但是显然未解决连续0的问题。

    在这里插入图片描述
    曼彻斯特编码:传输NRZ编码与时钟的异或值。(把本地时钟看作一个从低到高变化的内部信号,一对低/高变化的电平看作一个时钟周期)可理解为一个比特使用了两个本地时钟周期。
    上面这张图可以简单理解为由于是和0/1做异或,则前半个曼彻斯特编码周期一定与NRZ相同,后半个周期一定相反。

    在这里插入图片描述

    差分曼彻斯特编码:若信号的前一半与前一比特信号的后一半信号相等则编码为1,反之编码为0。
    可记为差分曼彻斯特每位中间的跳变仅提供时钟定时,而用每位开始时有无跳变表示"0"或"1",有跳变为"0",无跳变为"1"。

    在这里插入图片描述

    4B/4B:由于曼彻斯特编码中比特率是波特率的一半,为解决低效的问题。4B/5B编码力图 通过在比特流中插入额外的比特以打破一连串的0或1。准确的讲就是用5个比特来编码4个比特的数据,5比特的代码是通过以下方式选定的:每个代码最多有一个前导0,并且末端最多有两个0。因此,当连续传送是,最多有三个连续的0,因为NRZI已经解决了连续1的问题。注意4B/5B的编码效率为80%。
    由于5个比特足以编码32个不同代码,因此我们只用了16个,剩下十六个可用于其他目的。

    2.4. 组帧

    Frame是一个在具体网络(与类型和厂家有关)第二层上实现的、与硬件有关的特殊分组。是网上传输的最小数据单元。
    Frame=数据部分+发送和接收站点的物理地址+处理控制部分。

    2.4.1. 面向字节的协议

    编帧最老的方法是面向字符终端协议
    BISYNC:Binary Synchronous Communication Message Protocol,面向 字节的协议由IBM开发,以字节(8bit)为单位,开始是SYN,SOH( Start Of Header)
    DDCMP:Digital Data Communication Message Protocol, 用于DECNET 都支持ASCII
    PPP/SLIP

    BISYNC使用称为起止字符(sentinel character)的特定字符表示帧的开始与结束。一帧的开始由发送一个特定的SYN(同步)字符表示。其后帧的数据部分包含在两个特殊的起止字符之间:STX(正文开始符)和ETX(正文结束符)。SOH(首部开始符)字段与STX字段的目的是一样的。自然,起止标记法存在的问题是ETX字符可能会出现在帧的数据部分。

    BISYNC通过对ETX字符“转义”的方法解决这个问题,无论ETX出现在帧体中什么位置,都在其前加上一个DLE(数据链路转义)字符,帧体中的DLE字符也采用同样的方法(在其前多加一个DLE)处理。(C程序员可能注意到,这类似于当引号出现在一个字符串中时用反斜线转义的处理方法。)因为要在帧的数据部分插入额外的字符,所以这种方法常称为字符填充法(character stuffing)。

    2.4.2. 面向比特协议

    不关心字节的边界 把帧看做比特的集合 可能是ASCII码、图像的象素值、指令、操作数或IP电话的声音值
    SDLC:Synchronous Data Link Control Protocol
    Developed By IBM ,was later Standardized by OSI as HDLC

    面向Byte和面向Bit的协议,会发现有些特殊字符或者Bit序列作为帧开始、结束、控制标志,那么如果 Body/Payload中有这些标志怎么办?
    Character stuffing: 在特殊字符前加上data-link-escape (DLE) Body中有DLE,那么变成两个DLE
    Bit stuffing
    头尾标志是01111110
    零比特插入技术,5个连续‘1’插‘0’
    发送时插入 01111111 = 011111011
    接收时删除 011111011 = 01111111

    2.4.3. 基于时钟的帧(SONET)

    基本SONET帧每125us产生810字节,有无数据都同步发送,故每秒8000帧
    9x90=810 Bytes/s x 8000=51.84Mbps,构成基本SONET信道
    每帧前3列留作系统管理信息。当段开销的头两个字节A1,A2出现时,接收方就认为这是同步状 态,并能正确解释帧

    2.5. 信道共享技术

    信道:Channel是通信中传递信息的通道,它由发送与接收信息的设备及传 输介质组成。信道有独占或共享两种使用方式

    复用:把共享信道划分成多个子信道,每个子信道传输一路数据

    复用方法

    1. 时分复用TDM (Time Division Multiplexing)-统计时分复用STDM
      按时间划分不同的信道,目前应用最广泛
    2. 频分复用FDM (Frequency Division Multiplexing) 按频率划分不同的信道,如CATV系统
    3. 波分复用WDM (Wave Division Multiplexing:DWDM/CWDM) 按波长划分不同的信道,用于光纤传输
    4. 码分复用CDM (Code Division Multiplexing) 按地址码划分不同的信道,如手机

    2.6. 差错控制技术

    什么是差错控制?
    在通信过程中,发现、检测差错并进行纠正

    为何要进行差错控制?
    不存在理想的信道→传输总会出错 与语音、图像传输不同,计算机通信要求极低的差错率。

    基本思想:发方编码、收方检错,能纠则纠,不能则重传

    基本方法:收方进行差错检测,并向发送方应答,告知是否 正确接收。

    差错控制技术:自动请求重传ARQ(Automatic Repeat Request)
    停等ARQ :每发送一帧就需要一个应答帧
    只重传刚才出错的帧
    Go-back-N ARQ :每发送N帧需要一个应答帧
    需重传前面(N-i+1)帧(0≤i≤N)
    选择重传ARQ :每发送N帧需要一个应答帧
    只重传出错的帧

    2.7. 检验纠错

    任何检验纠错技术的基本思想:
    加入冗余信息到帧中去(极端:两份拷贝)
    一般为n位信息加入k<<n 比特冗余,例如 12000bits(1500bytes)的报文仅需要32比特CRC码

    纠错码主要有编码方法:

    1. 奇偶校验(Parity Checking)
    2. 循环冗余校验(CRC, Cyclic Redundancy Check)
    3. 校验和:Check sum

    3. 报文交换

    1. 以太网概念,冲突域和广播域
    2. 虚拟局域网概念 :需要了解,对于广播域有重要作用
    3. *交换机生成树协议:一定有题目

    3.1. 以太网

    3.1.1. 以太网卡与MAC地址模式

    网卡功能
    数据的封装与解封
    链路管理:CSMA/CD
    bit的编码与解码

    MAC地址
    Unicast:单播帧地址,仅对某个网卡
    Broadcast:广播帧地址,仅对某个子网
    Multicast:多播帧地址,组地址
    杂收模式:Promiscuous mode:接收总线上所有的可能接收的帧

    3.1.2. 高速局域网:快速以太网100Mbps

    对10Mbps 802.3 LAN的改进
    局域网发展史上重要里程碑
    Fast Ethernet标准
    1995年,IEEE通过802.3u标准,实际上是802.3的一个补充。原有的帧格式、接口、规程不变,只是将每比特时间从100ns缩短为10ns。

    3.1.3. 高速局域网:100Base-TX/F

    100Base-TX
    使用2对5类平衡双绞线或150Ω屏蔽平衡电缆,1对 to the hub,1对from the hub,支持全双工;
    5类双绞线使用125 MHz的信号;
    4B/5B编码,5个时钟周期发送4个比特,物理层与FDDI兼容使用NRZ-I编码,比特率为125 * 4/5 = 100 Mbps;

    100Base-FX
    使用2根多模光纤,支持全双工,物理层和FDDI兼容

    100Base-T4(4根线收发) 和 100Base-TX(2根线收发)统称 100Base-T

    两种类型的HUB
    共享式HUB,一个冲突域,工作方式与802.3相同,CSMA/CD,二进制指数后退算法,半双工 …
    交换式HUB,输入帧被缓存,一个端口构成一个冲突域。

    随着网络速度的提高,共享信道方式越来越不适应发展
    共享信道跟全双工是矛盾的
    100Base-FX在半双工模式下,为了兼容以太网报文,为了确保检测到碰撞,最大长度为412米。但是在全双工模式下,则可达到2000m,如果用Repeater,可以到10公里
    共享信道意味着所有主机在一个冲突域,主机数量一多冲突的概率大大
    增加。

    3.1.4. 高速局域网: 1000Mbps以太网

    工作方式
    IEEE 802.3定义的10M/100M以太网一致的CSMA/CD帧格式
    以太网交换机(全双工模式)中的千兆端口不能采用共享信道方式访问介质,不使用 CSMA/CD 协议,而只能采用全双工方式.
    在使用双绞线的情况下,可以通过自动协商机制,切换到半双工方式下仍使用 CSMA/CD 协议
    编码采用8b/10b encoding和NRZ
    双绞线很少用,因为同时5对线收发产生串扰

    PAUSE协议
    规范发展完善了PAUSE协议,不采用CSMA/CD协议完成全双工操作。
    该协议采用不均匀流量控制方法,最先应用于100M以太网中。
    流控
    利用802.3定义的Pause控制帧进行流量控制,要求发送数据节点暂停数据发送,避免缓冲区溢出造成的丢包。
    只有在全双工时,才支持Pause流控,半双工时不支持流控。

    3.1.5. 万兆(10Gbps)以太网

    2002.6月正式发布802.3ae 10GE标准
    只全双工,不支持单工和半双工,也不采用CSMA/CD
    不持自协商;提供广域网物理层接口。

    长距离(40-50KM)网络
    扩展了网络的覆盖区域,且标准简化。
    支持现存的大量SONET网络兼容

    两种物理层技术:
    局域网物理层LAN PHY;10.000Gbps精确10G;
    广域网物理层WAN PHY;OC-192,异步SONET/SDH
    与10M/100M/1000Mbps帧格式完全相同;

    3.1.6. 100Gbps以太网

    以太网封装比SONET/SDH更简单且成本更低

    40 Gbps已成为过渡产品

    2010年6月22日,IEEE802.3ba和100Gb/s以太网技术标准已经正式获审通过。

    国内华为、中兴;国外Juniper Network、CISCO;上海贝尔已经开发出了自有标准100Gbps以太网接口路由器

    3.1.7. 以太网的连接设备

    集线器(HUB):物理层互连设备
    1进多出,相同速率,无帧缓冲/线障隔离,使用方便
    带宽受限 ,广播风暴 ,单工传输,通信效率低

    交换机(Switch):链路层互连设备
    依帧头信息转发以太帧;
    实现方法
    直接交换方式
    存储转发方式
    改进直接交换方式。

    3.2. 广播域和冲突域

    广播域:广播报文可以达到的范围
    冲突域:可以发生报文冲突的范围(交换以太网每个端口处于独立冲突域)

    3.3. 虚拟局域网

    不依赖三层交换,通过虚拟局域网VLAN,可以将同一交换机或者多个交换机的广播域划分多个广播域(每个虚拟局域网一个广播域)

    3.4. 交换机生成树协议

    交换机可以通过学习自动得到转发表。但是一旦交换机连接存在环路,会造成严重后果。

    当交换机之间存在多条活动链路时,容易形成环路,导致转发表的不正确与不稳定,并且还会导致重复的数据包在网络中传递,引起广播风暴,使网络不稳定。

    为了防止交换机之间由于多条活动链路而导致的网络故障,必须将多余的链路置于非活动状态,即不转发用户数据包,而只留下单条链路作为网络通信。

    要实现此功能,需要依靠生成树协议(Spanning Tree Protocol)来完成,STP将交换网络中任何两个点之间的多余链路置于Blocking(关闭)状态,而只留一条活动链路,当使用中的活动链路失效时,立即启用被Block的链路,以此来提供网络的冗余效果。

    3.4.1. Span Tree

    从理论上一个LAN可以看作一个图graph,这个图可能循环 (cycles)

    spanning tree实际是这个图的一个子图sub-graph,但是可以到达所有节点
    在这里插入图片描述

    Spanning Tree协议
    需要所有交换机支持
    IEEE 802.1 标准规定了LAN 交换机必须支持
    每个交换机实际上需要disable掉自己的某些端口,不转发frame
    极端情况下,可能一个交换机完全不参与任何frame的转发

    STP为IEEE标准协议,并且有多个协议版本,版本与协议号的对应关系如下:
    Common Spanning Tree (CST) = IEEE 802.1D
    Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP)=IEEE 802.1w
    Per-VLAN Spanning-Tree plus (PVST+)=Per-VLAN IEEE 802.1D
    Rapid PVST+=Per-VLAN IEEE 802.1w
    Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP)=IEEE 802.1s

    3.5. 生成协议

    去掉环路的方法:所有交换机按照树的方式进行连通

    STP的核心思想是网络中选出一台交换机做为核心交换机,STP称其为Root,也就是根,功能相当于hub-spoke网络中的Hub。

    其它不是Root的交换机则需要留出一条活动链路去往根交换机,因为只要普通交换机到根是通的,到其它交换机也就是通的。

    只有在一个广播能够到达的范围内,才需要进行相同的STP计算与选举,也就是一个广播域内独立选举STP

    下图中网络被路由器分割成两个广播域,所以在两个网段中,需要进行独立的STP计算与选举。
    在这里插入图片描述

    交换机之间选举根交换机(Root)
    一个广播域内只能选举一台根交换机。Birdge-ID中优先级最高(即数字最小)的为根交换机,优先级范围为0-65535,如果优先级相同,则MAC地址小的为根交换机。

    交换机端口之间选举根端口(Root Port)
    所有非根交换机都要选举根端口,选举规则为到根交换机的Path Cost值最小的链路。

    非根交换机选择指定端口(Designated Port)
    简单地理解为每条连接交换机的link有两个端口(属于不同交换机)中,有一个要被选举为指定端口。
    选举规则和选举根端口一样,即:到根交换机的Path Cost值最小的端口,如果多条链路到达根交换机的Path Cost值相同,则选举上一跳交换机Bridge-ID最小的链路。

    剩余端口状态为Blocking
    在STP选出根交换机,根端口以及指定端口后,其它所有端口全部为Blocking状态,为了防止环路,所有Blocking端口只有在根端口或指定端口失效、拓扑改变的时候才会被启用。
    一个端口,在STP中只能处于一种角色,不可能是两种角色

    3.6. 选举

    BPDU(Bridge Protocol Data Unit)
    交换机间用BPDU报文来选举,目的地址为layer2 multicast address 01:80:C2:00:00:00 :
    Protocol ID 固定为0。
    Version:0为802.1d,1为802.1w,2为802.1s。
    Message type:0为普通BPDU,80为TCN(Topology Change Notification)。
    Flags字段:802.1d时只用到0位和7位,都和TCN相关,TCN的ACK报文里0位置1,TC报文里7位置1。
    Root ID,Cost of path,Bridge ID,Port ID:用于选举。

    Path cost计算
    每个交换机会把自己链路的代价加上接收到的邻居交换机的Path Cost,得到总的PathCost。

    3.7. 选举过程

    1. 当交换机打开的时候,所有的端口都处于Listening状态,每个交换机都会认为自己是根交换机(Root ID为自己),然后都每隔两秒就向外发送一次自己的BPDU。
    2. 如果收到的BPDU的Bridge ID比自己的小,则停止转发自己的BPDU,开始转发更优的BPDU,如果比自己的Bridge ID大或者和自己的Bridge ID相等,则丢弃该BPDU。
    3. 持续15s(转发延迟)等到BPDU扩散完毕之后,开始各种端口的选举,这时候每个BID最小的交换机成了根交换机,各个交换机通过收到的BPDU来确定根端口和指定端口。剩下的成为非指定端口,转到blocking状态。然后进入learning状态
    4. 进入Learning状态之后,填写MAC地址表,经过15s(转发延迟)之后进入Forwarding状态。
    5. 进入Forwarding状态之后,开始转发数据,并且同时接受转发来自于根的BPDU(Root ID为根交换机),维护拓扑。这时只有根交换机发BPDU,其他交换机都只是转发BPDU。
    6. 当一个新的交换机加入的时候,端口状态是Learning,新的交换机认为自己是根交换机开始发送BPDU,也接收对端的BPDU,然后进行进一步的竞选。
    7. 若竞选成功,则网络拓扑就重新变化了,若竞选失败则计算根端口指定端口和非指定端口。(30s可以完成)

    3.7.1. 例子

    在这里插入图片描述
    根交换机(Root)
    因为4台交换机的优先级分别为SW1(4096) ,SW2(24576),SW3(32768),SW4(32768),选举优先级最高的(数字最低的)为根交换机,所以SW1被选为根交换机,如果优先级相同,则比较MAC地址。
    所有链路为100 Mb/s,即PathCost值为19;128为port ID

    端口ID总共占16bit,其中8位是端口优先级,8位是端口编号,所以端口优先级部分的取值范围是0-255,缺省值为128.
    反映速率低于1Gbit/s的宽带链路的STP开销:

    带宽STP开销
    4 Mbit/s250
    100 Mbit/s19
    1 Gbit/s2

    根端口(Root port)
    根端口需要在除SW1外的非根交换机上选举。
    SW2从端口F0/23到达根的Path Cost值为19,从F0/19和F0/20到达根的Path Cost值都为19×3=57。因此,F0/23被选为根端口。
    SW3上F0/19被选为根端口。
    SW4上从所有端口到达根的Path Cost值都为19×2=38,接下来比较上一跳交换机Bridge-ID,选择SW2,再比较对端端口优先级,选择F0/20

    指定端口(Designated port)
    根交换机上所有的端口都应该是指定端口。
    在SW3连接SW4的两个link中,同样也是SW3上的两个端口离根交换机最近,所以在这两个link中,选举SW3上的端口为指定端口。
    在SW2连接SW4的两个link中,同样也是SW2上的两个端口离根交换机最近,所以在这两个link中,选举SW2上的端口为指定端口。

    在这里插入图片描述

    3.8. TCN

    第二种类型的BPDU包:Topology Change Notification(TCN) BPDU。

    1. 当一台交换机检测到拓扑变化后,它就可以发送TCN给root交换机,注意TCN是通过root port向root 交换机方向发出的.
    2. 当交换机从它的designate port接收到TCN类BPDU时,它必须为其做转发,从它自已的root port上发送出去TCN类型的BPDU包,这样一级一级地传到root bridge后,TCN的任务才算完成.
    3. 在以上的过程中,无论是哪台交换机从它的designate port上收到了TCN类型的BPDU包,它都必须给一个回复,必须从designate port上发出TCA位被置1的normal configuration BPDU包那么当TCN传遍全网,直至到达ROOT BRIDGE后,root bridge也要做出一种回应,它会发出一个正常的configuration BPDU包,当然会有一些不同,就是包内的TC字段会被置1,TC即topology change,表示发现拓扑变化。
    4. 这个包会被所有交换机转发,同样的TC位会置1,直至传遍全网,所有交换机都得知拓扑变化为止,原来转发表作废,重新开始选举。

    4. TCP/IP

    1. 因特网的三地址
    2. ICMP协议
    3. *路由算法:RIP,OSPF
    4. 传输层TCP相关概念 :三次握手、四次握手,有论文提到为什么是三次握手,为什么网络中的ISP(?)报文很多
    5. SCTP不要求掌握
    6. *组播:IGMP,PIM-SM,PIM-DM:IGMP的作用

    4.1. 因特网的三地址

    用户识别地址:公司/机关/团体/个人注册的因特网可访问的ID:域名
    网络地址:同一体系结构中的可访问的计算机ID: IP地址
    物理地址:物理媒体可访问的计算机某端口的唯一ID: MAC地址

    4.2. 错误报告协议(ICMP)

    ICMP 报文分类
    差错和控制报文协议:
    报告IP传输中发生的(差错报文+控制报文+测试报文)
    ICMP报文=头部+数据部分

    ICMP报文封装在IP数据包中进行传输
    IP头中的包类型=1;
    ICMP并不是IP的上一层协议,仅用IP的转发功能

    ICMP最典型的应用
    ping
    通过发送回送请求报文(echo request)和回送回答报文(echoreply)来检测源主机到目的主机的链路是否有问题,同时可以检测目的地是否可达,以及通信的延迟情况
    traceroute:通过发送探测报文来获取路由信息。
    第一个探测报文TTL为1,到达第一个路由器时,TTL减1为0所以丢掉这个探测包,同时向源主机发回ICMP时间超过报文,这时源主机就获得了第一个路由器的IP地址;
    接着源主机发送第二个探测报文,TTL增1为2,到达第一个路由器TTL减1为1并转发探测包到第二个路由器,这时TTL减1为0,丢掉这个探测包并向源主机发回ICMP时间超过报文,源主机就获得了第二个路由器的IP地址;
    以此类推,直到探测报文到达traceroute的目的地,这时源主机就获得了到目的地的每一跳路由的IP地址。

    4.3. 路由算法(RIP,OSPF)

    自治域AS
    ICANN分配唯一编号。全球所有AS组成因特网。

    内部网关协议IGP:在一个AS内运行
    RIP(Routing Information Protocol)适应小规模网络:定时只向邻居说(如30s),说知道的所有(自路由表);
    OSPF(Open Shortest Path First Protocol)适应较大规模网络:(链路)变化时向所有人说(区内路由器组播),只说邻居的事(链路状态)

    外部网关协议EGP:在AS间运行
    原因:因特网规模大,AS间直接OSPF收敛时间很长;AS间最佳路由不现实(cost意义不统一);各AS管理策略不同。
    BGP4:只寻求一条能到达目网的较好路由(不循环),并不最佳;
    BGP采用路径向量(Path Vector)路由选择协议;
    变动触发BGP发言人(对接路由器)间交换彼此的路由信息

    4.3.1. 距离向量算法(RIP)

    在这里插入图片描述

    4.3.2. 链路状态算法

    LSP(link-state packet)
    OSPF一个Domain中的路由器会交换链路状态,LSP采用洪泛的方法传给所有Domain中的路由器

    4.3.3. OSPF

    1. Hello包是用来建立和维护 OSPF 邻居的,要交换 LSA,必须先通过用组播地址(224.0.0.5)发送Hello包建立OSPF 邻居。
    2. Database Description Packets(DBD) 邻居建立之后,并不会立刻就将自己链路状态数据库中所有的 LSA 全部发给邻居,而是将 LSA 的基本描述信息发给邻居,这就是 Database Description Packets (DBD),是LSA 的目录信息
    3. Link-state Request(LSR)邻居在看完发来的 LSA 描述信息(DBD)之后,就知道哪些 LSA 是需要邻居发送给自己的,自己就会向邻居发送LSA 请求(LSR),告诉邻居自己需要哪些 LSA。
    4. Link-state update(LSU)当邻居收到其它路由器发来的 LSA 请求(LSR)之后,将需要的LSA 内容全部发给邻居,以供计算路由表。
    5. 如果已经收到了所有需要邻居发给自己的 LSA,这时的链路状态数据库(LSDB)已经达到收敛状态。

    4.4. TCP

    4.4.1. 三次握手建立连接

    1. 客户端 (Flags=SYN ,Seq=x)
    2. 服务端收到,响应(Flags=ACK,Ack=x+1),同时声明自己的初始序号(Flags=SYN, Seq=y)
    3. 客户端用第三个报文段响应,确认服务端序号(Flags=Ack,Ack=y+1)。

    为什么使用随机初始序号?
    防止前面的连接实例的数据段干扰。

    4.4.2. 四次握手结束连接

    一方先关闭: ESTABLISHED → FIN_WAIT_1 →FIN_WAIT_2→TIME_WAIT → CLOSED.
    另一方:ESTABLISHED → CLOSE_WAIT → LAST_ACK→CLOSED.

    4.5. 组播:IGMP,PIM-SM,PIM-DM:IGMP的作用

    4.5.1. IGMP

    IGMP实现的功能是双向的:一方面,主机通过IGMP协议通知本地路由器希望加入并接收某个特定组播组的信息;另一方面,路由器通过IGMP协议周期性地查询局域网内某个已知组的成员是否处于活动状态(即该网段是否仍有属于某个组播组的成员),实现对所连网络组成员关系的收集与维护。
     通过上述IGMP机制,在组播路由器里建立起一张表,其中包含路由器的各个接口以及在接口所对应的子网上都有哪些组的成员。当路由器接收到某个组的数据报文后,只向那些有该组成员的接口上转发数据报文。
     至于数据报文在路由器之间如何转发则由组播路由协议决定,IGMP协议并不负责。

    4.5.2. PIM协议

    如果要让路由器也能像转发单播数据一样,将组播根据路由表来精确地转发到目的地,那就需要让路由器拥有像单播路由表一样的组播路由表。
    要让路由器生成一张功能完全的组播路由表,就需要在路由器之间运行一种协议,这种协议可以让组播源和目的之间的路由表生成单播表一样地生成组播表,最后路由器根据这张组播路由表来完成组播的转发。
    这个协议就是PIM(Protocol Independent Multicast)。
    PIM要为路由器学习组播路由表从而建立组播树,有两种不同的方式,这两种不同方式在PIM中分两种模式来运行,为PIM-DM(密集模式)和PIM-SM(稀疏模式)

    4.5.3. PIM-DM模式

    组播源会向所有PIM邻居发出查询,查询数据包中包含组的地址,下一跳PIM邻居路由器还会继续向它的邻居发出查询数据包,这些查询数据包会在所有PIM邻居之间传递。

    如果查询数据包到一个连接了组成员的网络,这时路由器收到组成员的报告之后,就会向自己上一跳邻居(RPF接口方向的邻居)发送加入组的消息,以宣布自己要接收组播,从而将组播转发到组成员。

    4.5.4. PIM基本概念:PIM-SM(稀疏模式)

    PIM-SM模式路由器不仅需要记录(*,G)信息,也和PIM-DM模式一样需要记录在该组中,哪些接口是出口,从此接口将数据发给接收者。
    但是与PIM-DM模式不同的是,PIM-SM模式只记录连接着接收者的接口,其它没有接收者,不需要接收组播的接口是不会被记录的。
    比如路由器上有5个接口有PIM邻居,其中只有一个是forwarding出口,再去掉1个RPF接口,还剩3个PIM接口是不需要接收组播的,在 PIM-DM模式中,会记录下一个RPF口和一个forwarding状态的出口,以及三个不需要接收组播的pruning状态的接口

    5. IPV6

    1. IPv4和IPv6差异? 要知道有几点,比如:IPv6相对于ipv4有哪些改进,列举出3点
    2. IPv6地址分类和特点? 长,内涵更丰富
    3. IPv6地址自动配置两种方式,stateless过程(教 材有) 依赖于状态的和无状态的(无状态的PPT没有,书上有)
    4. IPv6邻居发现协议中:地址解析和DAD
    5. IPSec基本概念 :IPv6比IPv4更安全(作为改进的一个方面)
    6. IPv4到IPv6过渡无需掌握

    5.1. IPv4和IPv6差异?

    1. 扩大地址空间、路由更结构层次化
      32bits→128 bits
      全局unicast地址等价于IPv4公开地址
      直接使用CIDR,网络前缀取代掩码,前缀表示子网号
    2. 报头格式大简化,方便硬件处理
      基本报头固定40bytes
      简化路由器的操作
      引入结构化扩展报头,取消可选项长度限制
    3. 网络管理 更加简单
      建立一系列自动发现和自动配置功能
      最大单元发现(MTU discovery)
      邻接节点发现(neighbor discovery )
      路由器通告(router advertisement )
      路由器请求(router solicitation)
      节点自动配置(auto-configuration)
    4. 安全性支持
      IP security ,提供IP层的安全IPSec
      实现认证头(Authentication Header)
      安全载荷封装(Encapsulated Security Payload)

    QoS能力
    流标号(flow label),20比特,发送者可以要求路由器对此流进行特殊处理,路由器可以鉴别特殊流的所有报文
    多播寻址
    在multicast地址中增加了 范围“scope”字段,允许将多播路由限定在正确的范围内
    设置flog允许区分永久性多播地址和临时性多播地址
    可移动性
    信宿选项报头、路由选项报头、自动配置、安全机制、以及anycast技术,将QoS同移动节点结合,从而强化对移动的支持

    5.2. IPv6的地址结构

    A.地址的三种文本表示,以方便怎样阅读、输入和操作
    点分十进制
    104.230.140.100.255.255.255.255.0.0.17.128.150.10.255.255
    冒分16进制,共8个,相同字间距。上面地址为
    68E6:8C64:FFFF:FFFF:0:1180:96A:FFFF
    0压缩::表示,对连续长串0用::代替,一个地址中仅出现一次,如:
    2080:0:0:0:8:800:200C:417A→2080::8: … ;unicast address
    FF01:0:0:0:0:0:0:101→ FF01::101 ; multicast address
    0:0:0:0:0:0:0:1 → ::1 ; loopback address
    0:0:0:0:0:0:0:0 →:: ; undefined address
    混合表示,x: x: x: x: x: x: d.d.d.d, x :表示16进制(16 Bits), d.表示10进制(8 Bits )
    0:0:0:0:0:0:13.1.168.3 或 ::13.1.168.3
    0:0:0:0:0:FFFF:129.144.52.38或 :: FFFF:129.144.52.38

    CIDR形式
    IPv6地址/前缀长度,长度是10进制,表明地址最左端连续比特个数
    正确表示12AB00000000CD3的60bits前缀是:
    12AB:0000:0000:CD30:0000:0000:0000:0000/60
    12AB::CD30:0:0:0:0/60
    12AB:0:0:CD30::/60
    不正确的表示为(没有准确体现前缀=60个bit后面为0):
    12AB:0:0:CD3/60 ;可理解为0CD3
    12AB::CD30/60 ;可理解为12AB:0:0:0:0:0:0:CD30
     HUST的IPV6地址=2^81 = 2^80 ×2
    2001:0250:4000::/48
    2001:0DA8:3000::/48

    5.3. 可聚类全局Unicast地址

    共分3级,6个部分
    001:全球可聚合Unicast地址
    TLA ID(Top Level Aggregator):顶级聚合标识符,分配给大型ISP,从IANA直接获得。
    RES:留做将来使用-Reserved for future use
    NLA ID(Next Level Aggregator):次级聚合标识符,中型ISP从TLA获取。
    SLA ID(Site Level Aggregator):站点级聚合标识符,小型ISP从NLA获得
    接口ID:接口标识符Interface Identifier

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